Vypuštění vesmíru - Space launch
![]() | tento článek potřebuje další citace pro ověření.Prosince 2009) (Zjistěte, jak a kdy odstranit tuto zprávu šablony) ( |
Vypuštění vesmíru je nejčasnější částí a let že dosáhne prostoru. Zahájení vesmíru zahrnuje start, když raketa nebo jiné kosmické vozidlo opustí zemi, plovoucí loď nebo midair letadla na začátku letu. Liftoff je dvou hlavních typů: start rakety (současná konvenční metoda) a raketový start bez rakety (jsou-li použity jiné formy pohonu, včetně vzduchových dýchacích proudových motorů nebo jiných druhů).
Problémy s dosahováním prostoru
Definice vesmíru

Neexistuje žádná jasná hranice mezi nimi Atmosféra Země a vesmír, jak hustota atmosféry postupně klesá s rostoucí nadmořskou výškou. Existuje několik standardních hraničních označení, jmenovitě:
- The Fédération Aéronautique Internationale založil Kármánova linie v nadmořské výšce 100 km (62 mi) jako pracovní definice hranice mezi letectvím a astronautikou. To se používá proto, že v nadmořské výšce asi 100 km (62 mi), as Theodore von Kármán vypočítáno, vozidlo by muselo cestovat rychleji než orbitální rychlost odvodit dostatečné aerodynamický zdvih z atmosféry, aby se uživila.[2][3]
- USA označují lidi, kteří cestují nad nadmořskou výškou 50 mil (80 km), jako astronauti.[4]
- NASA Raketoplán použil jako svůj 122 km (76 km) opětovný vstup nadmořská výška (nazývaná vstupní rozhraní), která zhruba označuje hranici kde atmosférický odpor začne být patrný, a tak začíná proces přechodu z řízení pomocí trysek na manévrování s aerodynamickými ovládacími plochami.[5]
Energie
Podle definice pro vesmírný let je proto nezbytná dostatečná nadmořská výška. To znamená minimální gravitaci potenciální energie je třeba překonat: u linie Kármán je to přibližně 1 MJ / kg. W = mgh, m = 1 kg, g = 9,82 m / s2, h = 105m.W = 1 * 9,82 * 105≈106J / kg = 1 MJ / kg
V praxi je potřeba vynaložit vyšší energii, než je tato, kvůli ztrátám, jako je vzduchová rána, pohonná účinnost, účinnost cyklu použitých motorů a gravitační odpor.
V posledních padesáti letech vesmírné lety obvykle znamenaly zůstat ve vesmíru po určitou dobu, spíše než jít nahoru a okamžitě padnout zpět na Zemi. To s sebou nese oběžnou dráhu, která je většinou otázkou rychlosti, nikoli nadmořské výšky, i když to neznamená tření vzduchu a příslušné nadmořské výšky ve vztahu k této oběžné dráze nemusí být brány v úvahu. V mnohem, mnohem vyšších nadmořských výškách než mnoho orbitálních nadmořských výšek udržovaných satelity se nadmořská výška začíná stávat stále větším a větším faktorem a rychlostí menší. V nižších nadmořských výškách je kvůli vysoké rychlosti potřebné k pobytu na oběžné dráze velmi důležitým faktorem ovlivňujícím tření vzduchu ovlivňující satelity, mnohem více než v populárním obrazu vesmíru. V ještě nižších nadmořských výškách mohou balóny bez rychlosti dopředu sloužit mnoha rolím, které satelity hrají.
G-síly
Mnoho nákladů, zejména lidí, má omezení g-síla že mohou přežít. U lidí je to přibližně 3–6 g. Některé odpalovací zařízení, jako například odpalovače zbraní, by dávaly zrychlení ve stovkách nebo tisících g, a jsou tedy zcela nevhodné.
Spolehlivost
Odpalovací zařízení se liší podle spolehlivosti dosažení mise.
Bezpečnost
Bezpečnost je pravděpodobnost způsobení zranění nebo ztráty na životech. Nespolehlivé odpalovací zařízení nemusí být nutně nebezpečné, zatímco spolehlivé odpalovací zařízení jsou obvykle, ale ne vždy bezpečná.
Kromě katastrofické poruchy samotné nosné rakety patří mezi další bezpečnostní rizika odtlakování a Van Allenovy radiační pásy které vylučují oběžné dráhy, které v nich tráví dlouhou dobu.
Optimalizace dráhy
Optimalizace dráhy je proces navrhování a trajektorie že minimalizuje (nebo maximalizuje) určitou míru výkonu při splnění souboru omezení. Obecně řečeno, optimalizace trajektorie je technika pro výpočet řešení otevřené smyčky pro optimální ovládání problém.[8] Často se používá v systémech, kde výpočet úplného řešení uzavřené smyčky není vyžadován, nepraktický nebo nemožný. Pokud lze problém s optimalizací trajektorie vyřešit rychlostí danou inverzí k Lipschitzova konstanta,[9] pak jej lze iterativně použít ke generování řešení uzavřené smyčky ve smyslu Caratheodory. Pokud je pro problém nekonečného obzoru proveden pouze první krok trajektorie, pak je to známé jako Model Predictive Control (MPC).
Ačkoli myšlenka optimalizace trajektorie existuje už stovky let (variační počet, problém brachystochronu ), praktické problémy se to stalo až s příchodem počítače. Mnoho z původních aplikací optimalizace trajektorie bylo v leteckém a kosmickém průmyslu, výpočetních raketových a raketových drahách. V poslední době byla optimalizace trajektorie použita také v široké škále průmyslových procesů a robotických aplikací.Uhlíkové emise
Mnoho raket používá fosilní paliva. Například raketa SpaceX Falcon Heavy spálí přes 400 tun petroleje a za pár minut vypustí více oxidu uhličitého, než by průměrné auto za více než dvě století. Jelikož se očekává, že počet odpálení raket v příštích letech výrazně vzroste, očekává se, že účinek, který bude mít vypuštění na oběžnou dráhu na Zemi, bude mnohem horší.[neutralita je sporný] Někteří výrobci raket (např. Orbex, ArianeGroup ) používají různá paliva (např. biopropan, metan vyrobený z biomasy, ...).[10] Modrý původ BE-3 používá kapalný vodík / kapalný kyslík a BE-7 používá vodíkové a kyslíkové pohonné látky ve spalovacím cyklu se dvěma expandéry.
Trvalý vesmírný let
Suborbitální spuštění
Suborbitální kosmický let je jakýkoli kosmický start, který dosáhne vesmíru bez úplné oběžné dráhy kolem planety a vyžaduje maximální rychlost kolem 1 km / s, aby se dostal do vesmíru, a až 7 km / s na delší vzdálenost, například mezikontinentální vesmírný let. Příkladem suborbitálního letu by mohla být balistická raketa nebo budoucí turistický let jako např Virgin Galactic nebo mezikontinentální dopravní let jako SpaceLiner. Jakékoli vypuštění vesmíru bez korekce optimalizace oběžné dráhy k dosažení stabilní oběžné dráhy bude mít za následek suborbitální vesmírný let, pokud nebude dostatečný tah zcela opustit oběžnou dráhu. (Vidět Vesmírná zbraň # Dostat se na oběžnou dráhu )
Orbitální start
Kromě toho, je-li požadována oběžná dráha, musí být generováno mnohem větší množství energie, aby plavidlo mělo určitou boční rychlost. Rychlost, které je třeba dosáhnout, závisí na nadmořské výšce oběžné dráhy - ve vysoké nadmořské výšce je potřeba menší rychlost. Po zohlednění dodatečné potenciální energie ve vyšších nadmořských výškách se však spotřebuje více energie a dosáhne vyšších oběžných drah než nižších.
Rychlost potřebná k udržení oběžné dráhy v blízkosti zemského povrchu odpovídá boční rychlosti asi 7,8 km / s (17 400 mph), energii asi 30 MJ / kg. To je několikanásobek energie na kg praktické raketový pohon směsi.
Získání kinetické energie je nepříjemné, protože vzduchová clona má tendenci zpomalit kosmickou loď, takže kosmická loď s raketovým pohonem obecně letí kompromisní trajektorií, která opouští nejhustší část atmosféry velmi brzy, a poté letí například Oběžná dráha Hohmann k dosažení požadované orbity. To minimalizuje vzduchovou dráhu a minimalizuje čas, který vozidlo stráví udržováním. Airdrag je významným problémem v podstatě se všemi navrhovanými a současnými odpalovacími systémy, i když obvykle méně než obtížnost získání dostatečné kinetické energie k tomu, aby se vůbec dostala na oběžnou dráhu.
Úniková rychlost
Pokud má být zemská gravitace zcela překonána, musí kosmická loď získat dostatek energie, aby překročila hloubku gravitační potenciální energie. Jakmile k tomu dojde, za předpokladu, že se energie neztrácí nekonzervativním způsobem, pak vozidlo opustí vliv Země. Hloubka potenciální jámy závisí na poloze vozidla a energie závisí na rychlosti vozidla. Pokud kinetická energie překročí potenciální energii, dojde k úniku. Na zemském povrchu k tomu dochází při rychlosti 11,2 km / s (25 000 mph), ale v praxi je kvůli vzdušné dráze zapotřebí mnohem vyšší rychlost.
Druhy vypuštění vesmíru
Start rakety
Bez raketového startu
Raketový start bez rakety odkazuje na koncepty pro vypuštění do vesmíru, kde některé nebo všechny potřebné rychlosti a výšky poskytuje něco silnějšího nebo jiného než rakety, nebo jiným než postradatelné rakety.[12] Byla navržena řada alternativ k vyměnitelným raketám.[13] V některých systémech, jako je například kombinovaný spouštěcí systém, skyhook, start raketových saní, rockoon nebo letecký start, raketa by byla součástí, ale pouze část systému používaného k dosažení oběžné dráhy.
Dnešní náklady na uvedení na trh jsou velmi vysoké - od 2 500 do 25 000 USD za kilogram Země na nízká oběžná dráha Země (LEV). Výsledkem je, že náklady na spuštění představují velké procento nákladů na veškeré vesmírné úsilí. Pokud lze vypuštění zlevnit, sníží se celkové náklady na vesmírné mise. Vzhledem k exponenciální povaze raketová rovnice, poskytnutí i malého množství rychlosti LEO jinými prostředky má potenciál výrazně snížit náklady na výstup na oběžnou dráhu.
Spouštěcí náklady ve stovkách dolarů na kilogram by umožnily mnoho navrhovaných rozsáhlých vesmírných projektů, jako je kolonizace prostoru, vesmírná solární energie[14] a terraformující Mars.[15]Reference
- ^ Michael Coren (14. července 2004), „Soukromé plavidlo stoupá do vesmíru, historie“, CNN.com, archivováno od originálu 2. dubna 2015.
- ^ O'Leary 2009, str. 84.
- ^ „Kde začíná vesmír? - Aerospace Engineering, Aviation News, Plat, Jobs and Museums“. Letecké inženýrství, letecké zprávy, platy, pracovní místa a muzea. Archivováno od originálu dne 2015-11-17. Citováno 2015-11-10.
- ^ Wong & Fergusson 2010, str. 16.
- ^ Petty, John Ira (13. února 2003), "Vstup", Lidský vesmírný let, NASA, archivováno z původního dne 27. října 2011, vyvoláno 2011-12-16.
- ^ Thompson, Andrea (9. dubna 2009), Edge of Space Found, space.com, archivováno z původního dne 14. července 2009, vyvoláno 2009-06-19.
- ^ Sangalli, L .; et al. (2009), „Raketová měření rychlosti iontů, neutrálního větru a elektrického pole v kolizní přechodové oblasti aurorální ionosféry“, Journal of Geophysical Research, 114 (A4): A04306, Bibcode:2009JGRA..114.4306S, doi:10.1029 / 2008JA013757.
- ^ Ross, I. M. Primer na Pontryaginově principu v optimální kontrole, Collegiate Publishers, San Francisco, 2009.
- ^ Ross, I. Michael; Sekhavat, Pooya; Fleming, Andrew; Gong, Qi (březen 2008). „Optimální zpětná vazba: základy, příklady a experimentální výsledky pro nový přístup“. Journal of Guidance, Control, and Dynamics. 31 (2): 307–321. doi:10.2514/1.29532. ISSN 0731-5090.
- ^ Můžeme se dostat do vesmíru bez poškození Země obrovskými emisemi uhlíku
- ^ „Spaceflight Now - celosvětový plán spuštění“. Spaceflightnow.com. Archivovány od originál dne 11. 9. 2013. Citováno 2012-12-10.
- ^ „Žádné rakety? Žádný problém!“. Populární mechanika. 2010-10-05. Citováno 2017-01-23.
- ^ George Dvorsky (2014-12-30). „Jak lidstvo dobije vesmír bez raket“. io9.
- ^ „Nový pohled na vesmírnou sluneční energii: nové architektury, koncepty a technologie. John C. Mankins. Mezinárodní astronautická federace IAF-97-R.2.03. 12 stránek“ (PDF). Archivovány od originál (PDF) dne 2017-10-26. Citováno 2012-04-28.
- ^ Robert M. Zubrin (Pioneer Astronautics); Christopher P. McKay. Výzkumné centrum NASA Ames (c. 1993). „Technologické požadavky na terraformující Mars“.
externí odkazy
- http://www.spacelaunchreport.com/ Pravidelný přehled zpráv o celosvětové aktivitě vypouštění vesmíru.
- NEJNOVĚJŠÍ SATELITNÍ SPUŠTĚNÍ od http://www.n2yo.com/
- The Space Review je online publikace věnovaná podrobným článkům, komentářům a recenzím týkajícím se všech aspektů průzkumu vesmíru.